Spektrální charakterizace fenolu v ledové matrici a na povrchu ledu

Bc. Marie Garncarzová

Master's thesis

Spectral characterization of phenol in the ice matrix and on the ice surface

Abstract:

Tato práce je zaměřena na stanovení fotofyzikálních vlastností fenolu v ledové matrici a na povrchu ledu. Fenol je jedním z všudypřítomných polutantů životního prostředí, běžně se vyskytuje v ovzduší, vodě, půdě nebo sněhu a ledu. Vzhledem ke své toxicitě a schopnosti akumulace v živých organismech a životním prostředí je fenol řazen mezi škodlivé a nebezpečné látky. Jeho nízká reaktivita a neschopnost přímé fotolýzy za běžných troposférických podmínek vede k jeho rozsáhlé distribuci a schopnosti dlouhodobě přetrvávat v životním prostředí. Reaktivita však může být ovlivněna různými faktory, jako je teplota, pH nebo fázový přechod. Pro vyhodnocení chování fenolu za různých podmínek byla použita UV-Vis, fluorescenční a konfokální Ramanova spektroskopie. Zmrzlé roztoky, připravené dvěma způsoby, vykazují malý bathochromní posun a rozšíření jejich absorpčních píků. Mikroskopické snímky a Ramanova spektra naznačují, že mražení nízkých koncentrací (c<1.0 mM) vede k vytvoření amorfního mrazem zakoncentrovaného roztoku, zatímco vyšší koncentrace vedou ke vzniku čistého krystalického fenolu v žilách ledu. Vzorky připravené deponací par fenolu na povrch ledu vykazují podobné koncentračně závislé chování: s rostoucím pokrytím povrchu je pozorován vznik čistého krystalického fenolu a excitační hrana je bathochromně posunutá. Posuny spekter zmrzlých roztoků, v porovnání s vlnovými délkami typickými pro sluneční záření v troposféře, však nejsou dostatečné na to, aby mohla probíhat přímá fotolýza iniciovaná fotony v troposféře. K nejvýraznějším posunům vede deprotonace a krystalizace, což naznačuje, že reaktivita čistých krystalů a fenolátu by měla být v životním prostředí výrazně zvýšena.

Abstract:

This thesis is focused on the determination of photophysical properties of phenol in the ice matrix and on the surface of ice. Phenol is one of the omnipresent pollutants of the environment, commonly found in the ambient air, water, soil or snow and ice. Phenol is a harmful and dangerous compound, due to its toxicity and ability to accumulate in living organisms and environment. Its low reactivity and inability to undergo direct photolysis under normal tropospheric conditions results in widespread distribution and capability to persist in the environment for a long time. The reactivity is, however, influenced by various factors, such as the temperature, pH or a phase transition. For evaluation of phenol behavior under various conditions, the UV-Vis, fluorescence and confocal Raman spectroscopy was utilized. The frozen samples, prepared by two cooling rates, exhibit small bathochromic shift and broadening of their absorption peaks. The microscopic scans and Raman spectra suggest, that freezing of low concentrations (c<1.0 mM) results in amorphous freeze concentrated solution whereas higher concentrations lead to the formation of pure crystalline phenol within the ice veins. Vapor deposited samples exhibit similar concentration-dependent behavior: with increasing surface coverage is observed a formation of pure crystal-line phenol and the excitation edge is bathochromically shifted. Compared to the wavelengths typical for tropospheric solar radiation, the spectral shifts exhibited by frozen samples are not sufficient for initiation of direct photolysis by photons in the troposphere. The deprotonation and crystallization, on the other hand, lead to the most pronounced shifts of their absorption spectra, suggesting that the reactivity of pure crystals and phenolate should be significantly enhanced under environmental conditions.

Keywords

led, povrch ledu, fenol, depozice z plynné fáze, fotofyzika, bathochromní posun, ice, ice surface, phenol, vapor deposition, photophysics, bathochromic shift

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 26. 6. 2024
• Supervisor: doc. Mgr. Dominik Heger, Ph.D.
• Reader: Mgr. Marek Martínek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry